스마트폰 '리튬이온 배터리' 발화 수난…차세대 배터리는?

얇아지는 스마트폰에 커지는 배터리 용량…발화에 취약한 구조
아이폰7 발화로 '금속공기배터리'가 대안으로…'발화 위험 없어'

[ 이진욱 기자 ] 갤럭시노트7에 이어 아이폰7도 발화사고가 잇따르면서 스마트폰 배터리로 사용되는 리튬이온 배터리가 한계에 봉착했다는 지적이 나오고 있다.

스마트폰 발화는 리튬이온 배터리가 시장이 원하는 수준의 용량을 수용하지 못해 발생한다고 보는 시각이 적지 않다. 때문에 새로운 소재를 적용한 배터리를 채택해야 한다는 목소리가 커지는 상황이다.

스마트폰의 두께는 갈수록 얇아지는 반면 배터리 용량은 점차 커지고 있다. 이미 3000mAh를 넘어서면서 배터리 저장 밀도가 높아져 발화에 취약한 구조적 문제를 안고 있다. 여기에 급속충전까지 더해져 배터리에 가해지는 압력은 갈수록 커지고 있다.

스마트폰 제조사들은 갈수록 본체를 더 얇게 만들고 배터리 용량은 늘리는 추세다. 때문에 배터리의 에너지 밀도는 점점 높아지고 있다. 갤노트7 발화의 경우 갤S7과 같은 용량(3600㎃h)의 배터리를 더 얇게 만드는 과정에 원인이 있을 것이란 추측이 지배적이다. 아이폰의 발화도 마찬가지다. 애플은 전작과 같은 두께의 아이폰7에 배터리 용량을 14% 늘렸다.

업계 한 관계자는 "발화사고는 삼성SDI, ATL 등 배터리 제조사들의 잘못이라고 보진 않는다"며 "발화사고의 경우 스마트폰에 많은 기능이 탑재되면서 배터리에 무리가 왔을 가능성이 높다"고 말했다.

일각에서는 리튬이온 배터리를 리튬이온 폴리머배터리로 대체해야 한다는 주장도 나왔다. 하지만 리튬이온폴림배터리를 채택한 아이폰7도 발화사건에 휘말리면서 제 3의 배터리 소재를 찾아야한다는 의견에 무게가 실리고 있다.

최근 애플의 아이폰7에서도 배터리 발화 사고가 이어지자 리튬이온 배터리에 대한 소비자들의 불안이 커지고 있다. 아직 아이폰7의 결함 여부를 확정짓기엔 성급하다는 의견도 있지만 전문가들은 통상적인 불량률을 넘어선 것으로 보고 있다. 통상 리튬이온 폴리머배터리의 폭발 가능성은 10억분의 1 수준인데, 아이폰7이 이를 넘어섰다는 것이다.

배터리 폭발에 대한 불안감이 커지자 전문가들은 금속공기배터리를 대안으로 제시하고 있다. 금속공기배터리는 리튬․아연․알루미늄 등의 금속을 공기 중 산소와 결합해 전기를 발생시킨다. 리튬이온전지에 비해 용량과 안전성, 경제성 측면에서 우수한데다 환경친화적이라는 게 업계의 설명이다.

금속공기전지의 에너지 밀도는 리튬이온전지의 5~10배에 달한다. 같은 부피임에도 큰 격차가 벌어지는 이유는 극의 소재때문이다. 리튬이온전지는 양극의 활성물질로 활용되는 산소를 미리 주입했지만, 금속공기전지는 공기 중의 산소를 바로 활용하기 때문에 그만큼 부피를 추가로 활용할 수 있다. 또 화학 산화제를 사용할 필요가 없어 폭발과 화재 위험이 없다는 게 가장 큰 장점이다.

국내 관련 업체들의 연구 개발도 활발해 특허출원도 늘고 있다. 지난 10년간 특허출원은 총 370건으로 매년 꾸준히 증가하는 추세다. 특허출원이 가장 많은 곳은 삼성전자로 약 17%를 차지하고 있다.

업계 한 관계자는 "삼성전자가 금속공기전지 상용화에 성공해 갤노트7에 채용했다면 절대 발화사고는 나지 않았을 것"이라며 "시간이 좀 걸리겠지만 차세대 배터리는 안전한 금속공기전지가 될 것으로 예상된다"고 말했다.

이진욱 한경닷컴 기자 showgun@hankyung.com